Java 理論與實踐：正確實現 equals() 與 hashCode() 契約

核心契約：equals 與 hashCode 的不可分關係

所有 Java 對象繼承 Object 的兩個方法：

• equals(Object obj)：判斷邏輯相等性。
• hashCode()：返回哈希碼，供 HashMap、HashSet 等基於哈希的容器高效存取。

鐵律： 若覆寫 equals()，必須覆寫 hashCode()。契約要求：a.equals(b) == true ⇒ a.hashCode() == b.hashCode()。反向不要求（允許哈希碰撞）。

默認實現與值類語義

• 默認 equals()： 引用相等 (this == obj)。
• 默認 hashCode()： 從內存地址衍生（可能碰撞）。
• 值類 (Integer、String、包裝類)： 覆寫為內容相等。Integer.equals() 比較 intValue()；String.equals() 比較字符序列。這使它們可作為可靠的 Map Key。

為什麼必須覆寫？

若 Integer 不覆寫，作為 HashMap Key 時，get() 必須使用與 put() 完全相同的對象實例才能命中，極不實用且易錯。覆寫後，語義相等的不同實例均可正確存取。

equals() 必須滿足的數學屬性

1. 自反性： x.equals(x) == true (x ≠ null)
2. 對稱性： x.equals(y) ⇔ y.equals(x)
3. 傳遞性： x.equals(y) && y.equals(z) ⇒ x.equals(z)
4. 一致性： 多次調用結果不變，除非比較依賴的字段被修改。
5. 非空性： x.equals(null) == false
6. 與 hashCode 一致： 相等對象哈希碼必相等。

實現指南與最佳實踐

1. 只有不可變類適合作為 Map Key

可變對象作 Key 會導致修改字段後哈希碼變化，在 Map 中「找不到自己」。String、包裝類、BigInteger、LocalDate 等不可變類是完美 Key。

2. 標準實現模板

@Override
public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    MyClass that = (MyClass) o;
    return Objects.equals(field1, that.field1) &&
           Objects.equals(field2, that.field2) &&
           Double.compare(that.field3, field3) == 0; // 浮點數比較
}

@Override
public int hashCode() {
    return Objects.hash(field1, field2, field3);
}

• 使用 Objects.equals() 安全處理 null。
• 使用 Objects.hash() 自動組合哈希碼（Java 7+）。
• 浮點數用 Double.compare / Float.compare 避免 NaN、-0.0 陷阱。
• 僅包含參與 equals() 比較的字段，保持一致性。

3. 避免常見陷阱

• 參數類型寫成 MyClass 而非 Object → 重載而非覆寫，破壞多態。
• 忘記檢查 null 或 getClass() → 拋出 NPE 或違反對稱性。
• 在可變類中基於可變字段實現 → 作 Key 時極其危險。
• 為了性能簡化 hashCode()（如只用一個字段） → 嚴重哈希碰撞，退化為鏈表 O(n)。

總結

正確實現 equals()/hashCode() 是 Java 開發基本功。遵循契約、使用 Objects 輔助類、堅持不可變性、覆蓋所有相關字段，能讓你的類在集合框架中表現可靠、高效。